高二物理选修3-3物态变化中的能量交换

1、高二物理选修3-3物态变化中的能量交换【知识要点】1. 熔化热：（1）物质从固态变成液态的过程（即熔化）要吸收热量，而从液态变成固态的过程（即凝固）要释放热量。晶体物质吸收热量而熔解，但其温度不变，直至全部晶体都变成液体时为止。晶体熔解时对应的温度，称为熔点。（2）某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比，称作这种晶体的熔化热。一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等。如果用入表示某晶体的熔化热，m表示物质的质量，Q表示熔化时所需要吸收的热量，则Q=入皿熔化热入的单位是J/kg。2.汽化热：（1）物质从液态变成气态的过程（即汽化）要吸收热量，而从气态变成液态的过程（即液化）要释放

2、热量。（2）单位质量的某种物质在温度保持不变的情况下，由液态转变为气态时所吸收的热量，也等于同种物质的单位质量在相同条件下由气态转变为液态所释放的热量。不同的液体汽化热不同。同种液体在不同的温度时其汽化热亦不同。当温度升高时其汽化热减小。这是由于温度升高，液态与气态间的差别逐渐减少的缘故。例如，1摩尔的水，在50C汽化，汽化热为42780J,而在100C汽化，汽化热为40680J。在国际单位制中，汽化热的单位是J/kg。【典型例题】例1.晶体在熔化过程中所吸收的热量，将主要用于（）A. 增加分子的动能B. 增加分子的势能C. 既增加分子的动能，也增加分子的势能D. 既不增加分子的动能，也不增加

3、分子的势能例2.某人在做测定水的汽化热实验时，得到的数据如下：铜制量热器小筒的质量M1=200g,通入水蒸气前筒内水的质量M2=350g，温度t1=14C；通入t2=100C的水蒸气后水的温度为一，一2t3=36C，水的质量变为M3=364g,他测得的水的汽化热L是多少？铜的比热C铜=3.910J例3.将100C的水蒸气、50C的水和一20C的冰按质量比1：2：10的比例混合，求混合后的最终温度s=2100J/（kgC）,c水=4200J/（kgC）,L=2.26X106j/kg,Jl=3.36X105J/kg）。例4.要使子弹射进墙壁中后，恰好完全被熔化，子弹射在墙壁上时的速度应多大？（子弹

4、的熔点为327C，比热为125J/（kgC），熔解热为2.5X104j/kg，设子弹射击时的温度为50C,子弹损失的动能全部转化为热能，并其中的80%被子弹所吸收）【当堂反馈】1.晶体熔解过程中，温度和热量变化的情况是（）A. 不吸收热量，温度保持不变B.吸收热量，温度保持不变C.吸收热量用来增加晶体的内能D.温度不变内能也不变2. 在大气压为1.013105Pa的条件下，要使m=2.0kg、t=50C的水全部变成水蒸气，至少需要多少热量？（水的汽化热取L=2.4X106J/Kg）3. 暖气片里（汽暖），每小时有m=20kg、t=100C的水蒸气液化成水，并且水的温度降低到t2=80C，求暖气

5、片每小时供给房间的热量？（水的汽化热取L=2.4M06J/Kg）4. 如果已知铜制量热器小筒的质量是150克，里面装着100克16C的水，放入9克0C的冰，冰完全熔化后水的温度是9C,利用这些数据求冰的熔化热是多少？（铜的比热C铜=3.9X102J/（Kg.K）作业本：1. 质量相同，温度都是0OC的水和冰的内能相比较正确的是（）A. 水的内能多，因为水凝结成冰时要放出热量，内能减少B. 冰的内能多，因为冰的密度比水的小，水凝结成冰时，体积是增大的，分子的势能是增大的C. 它们的内能是相等的，因为它们的温度相等D. 无法比较，因为它们的体积不一样2. 温度都是0OC水和冰混合时，以下说法正确的

6、是（）A.冰将熔化成水B.水将凝固成冰C. 如果水比冰多的话，冰熔化；如果冰比水多的话，水结冰D. 都不变，冰水共存3. 下列说法不正确的是（）A. 不同晶体的熔化热不同B. 一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等C. 不同非晶体的熔化热不相同D. 汽化热与温度、压强都有关。4.在一个大气压下，1克100C的水吸收2.26X103J热量变为1克100C的水蒸气。在这个过程中，以下四个关系式正确的是（）3A.2.26X10J=汽的内能+水的内能3B. 2.26X10J=汽的内能一水的内能C. 2.26X103J=汽的内能+水的内能+水变成汽体积膨胀对外界做的功D.2.26X103

7、J=汽的内能一水的内能+水变成汽体积膨胀对外界做的功5. 晶体熔解过程中，温度和热量变化的情况是（）A.不吸收热量，温度保持不变B.吸收热量，温度保持不变C.吸收热量用来增加晶体的内能D.温度不变内能也不变6.铜制量热器小筒的质量是m1=160克，装入m2=200克t=20C的水，向水里放进m3=30克t2=0C的冰，冰完全熔化后水的温度是多少摄氏度？（铜的比热C铜=3.9M02J/（Kg.K）,冰的熔化热取入=3.35X501/Kg）7.容器里装有t1=0C的冰和水各m1=500克，向里面通入t2=100C的水蒸气后，容器里的水升高到了t3=30C,假设容器吸收的热量很少，可以忽略不计，并且

8、容器是绝热的，计算一下通入的水蒸气有多少？（水的汽化热取L=2.4X106J/Kg，冰的熔化热取入=3.35X51J0Kg）A=3.358.1kg、一20C的冰投进2kg、25C的水中，达到热平衡时温度是多少（冰的熔解热Xl/j/kg）?此时水和冰的质量分别为多少？9.物质从固态直接变为气态的过程叫做升华。从气态直接转变为固态的过程叫凝华。粒子直接由点阵结构变为气体分子，一方面要克服粒子间的作用力做功，强作功。使单位质量的物质升华时所吸收的热力做功，同时还要克服外界压强做功。升华时同时还要克服外界压使单位质量的物质升华时所吸收的热量称为升华热，它等于汽化热与熔解热之和，即山=LF*L汽已知冰、

9、水和水蒸气在一密闭容器内（容器内没有任何其他物质），如能三态平衡共存，则1g处Q=0.255kJ。试估算系L升=2.83kj/g；水的系统的温度和压强必定分别是t=0.01c和P1=4.58mmHg。现有冰、水和水蒸气各于上述平衡状态。若保持总体积不变而对此系统缓慢加热，输入的热量统再达到平衡后，冰、水和水蒸气的质量。已知此条件下冰的升华热汽化热L汽=2.49kJ/g。10.两个同样的圆柱形绝热量热器，高度均为h=75cm。第一个量热器1/3部分装有冰，它是预先注入量热器内的水冷却而形成的：第二个量热器内1/3部分是温度t水=10C的水。将第二个量热器内的水倒入第一个量热器内时，结果它们占量热

10、器的2/3。而当第一个量热器内的温度稳定后，它们的高度增加了t=0.5cm。冰的密度P冰=Q9P水，冰的熔解热A=340kJ/kg,冰的比热c冰=2.1kJ/(kgK),水的比热5=4.2kJ/(kgK)。求在第一个量热器内冰的初【典型例题】例1:Bo晶体在熔化过程中吸收的热量全部用来破坏分子结构，增加分子势能；温度不变，分子动能不变。例2:解析：加入的水蒸气的质量为M4=M3-M2=364-350=14g,水蒸气液化为水又降温后放出的热量为Qi=M4L+M4c水(t2-t3)量热器中的水和量热器小筒升温所吸收的热量为Q2=M1C铜(t3-t1)+M2c水(t3-t1)根据能量守恒Qi=Q2即

11、M4L+M4c水(t2-t3)=M1C铜(t3-t1)+M2c水(t3-t)统一单位后，把数值代入上式，可得L=2.2X06焦/千克.因为在相同的热学状态下，汽化热等于凝结热，所以此时水的汽化热为L=2.2X06焦/千克.例3:解析：最终温度和最终的物态需通过计算判定。设水蒸气、水、冰的质量分别为m、2m、10m(kg)。水从50C升至100C吸收热量Qi=2mc水At=4.2X105m(J)；仅需液化的蒸汽质一Qi4.2105m重m=-s*八6=0.185m,即水烝气和水混合后，取终为100C的水和汽的混合物，其中L2.2610气和水的质量比为0.815：2.185。将这100C的水、汽混合

12、物和冰混和，如果这些水、汽都变为0C的水，它能放出热量Q2=0.815mx2.26x106+3mX4200x100J=3.1x106mJ。这些冰全部升温到0C需要吸收的热量Q3=10mX2.1X103x20J=4.2X105mJ,如果再全部熔解成0C的水，则还要吸收热量Q4=2.26X107m焦。从以上计算得Q3VQ2VQ3+Q4。由此可确定最终温度是0C。例4:解析：子弹熔解所需要能量由子弹的动能转化而来。且£心Ek2=Q,Q80%=mct+m入，设子弹射击时的速度为v,则Q80%=0.8(Ek1Ek2)=0.8X；mv2=0.4mv2也即0.4mv2=mAt+m入所以v382.8

13、m/s【当堂反馈】1. BC2. 解析：已知水的比热C=4.2X103J/(Kg.的，水蒸气的温td=100C,设至少需要热量QQ=mC(t0-t)+mL=2X4.2X103x(100-50)+2X2.4X106=5.22X106J3. 角车析：已知水的比热C=4.2X103J/(Kg.K),设暖气片每小时供给房间的热量为Q,水液化以及降温所放出的能量即供给房间的热量，所以：Q=mL+mC(t1-t2)=20X2.4X106+20X4.2X103x(100-80)=4.97X107J4. 解析：9克0C的冰熔化为0C的水，再升高到9C,总共吸收的热量。吸=m冰入+m冰c水(9C0C)量热器中的

14、水和量热器小筒从16C降到9C放出的热量Q放=m水c水(16C9C)+m筒c铜(16C9C)因为Q吸=Q放，所以m冰沛m冰c水(9C0°C)=(m水c水+m筒c铜)(16C一9C)统一单位后，把数值代入上式，可得入=3.3X51焦/千克作业本：1. A.因为质量和温度相同，所以冰和水的分子动能相同；但冰在融化成同温度的水时，要吸收热量增加分子势能，所以水的内能多。2. D.温度是一样的，所以冰和水之间没有热传递，冰不会吸收能量变成水，水也不会放出能量变成冰，所以将冰水共存。3. C4. D.水吸收热量一部分增加为自身的内能，一部分要克服水变成汽体积膨胀外界做的功。5. BC6. 解析

15、：设最后水的温度为t,水的比热C=4.2X03J/(Kg.K)由能量守恒可得：m3壮m3C(t-t2)=m2C(ti-t)+miC铜(ti-t)代入数据求解得：t=7.8C7. 解析：已知水的比热C=4.2x103J/(Kg.K)，设通入的水蒸气的质量为m,由能量守恒得：mL+mC(t2-t3)=mi入+2mC(t3-ti)代入数据得：m=i09g8. 解析：冰投进水中后，通过热交换，水降温，还可能凝固；冰升温，还可能熔解。水温从25C降至0C放出的热量Q=mc(t一t2)=2iXi04j冰从一20C升温至0C所需吸收的热量Q，=m，c(t2t'i)=4.2Xi04j因Q>Q&#

16、39;，表明还有热量可供0C的冰熔解。C-Q*2i乂04Y2i04设所能熔解的冰的质重为m",贝Um"=5=0.5kg<ikgA3.35i0所以最终有水2.5kg、冰0.5kg;温度为0C。9. 解析：L熔=L升L汽=0.34kJg。比较L熔与Q的大小关系，可判断出冰不能全部熔化，物态变化过程中始终是三态共存且接近平衡，所以系统的温度和压强均不变。估算在题给,_Mp-广汽一温度和压强条件下水蒸气的密度RT,M是水蒸气的摩尔质量，代入数据，得P汽=5W/kg/m3。同样条件下水的密度P水=ix：i03kg/m3,P冰=0.9勺0而血3。水的三个状态在质量相同条件下，水蒸气的体积远大于水和冰的体积之和。又已知冰熔化成水时体积变化不大。在总体积不变的条件下，完全可以认为这系统的物态变化中水蒸气的体积不变，也就是系统再次平衡时水蒸气的质量是ig。这样，系统的物态变化几乎完全是冰熔化为水的过程。设再次平衡后冰、水、水蒸气的质量分别是x、v、z,则有z=igx+y=2gQ=(i-x)L熔将Q、L熔数值代入得x=0.25g,y=i.75g。10. 解析：如果建立热平衡后，量热器内物体的高度增加了，这意味着有部分水结冰了(结冰时水的体积增大)，然后可以确信，并不是所有的水都结冰了，否则它的体积就要增大到P水/电=1.1